بخشی از مقاله
بررسی و مقایسه تراورس های ترکیبی و چوبی از نظر عملکرد، طول عمر و کارایی در شرایط آبو هوایی مختلف
چکیده
تراورس یکی از قدیمی ترین ابزار های مورد استفاده در راه آهن است. با توجه به نقش و اهمیت تراورس کارشناسان راه آهن همواره سعی بر این داشتهاند که با طبقه بندی مناسب، تراورس هایی را به بازار عرضه کنند که علاوه بر وظایف مربوط به خود، دارای کیفیت خوب و طول عمر بیشتری باشند. تراورسها انواع مختلفی دارند که عبارتند از: چوبی، بتنی (بتن مسلح و بتن پیش تنیده)، فولادی، تراورس های ترکیبی (مصنوعی) و تراورسهای چدنی. تراورس چوبی از قدیم الایام در صنعت راهآهن ایران کاربردهای فراوان داشته و به خاطر ویژگیهای بارز آن( مقاومت در برابر زنگ زدگی، وزن کم، دردسرس بودن، تکنولوژی ساده تولید و ...) بسیار مورد استفاده قرار میگرفت، اما به دلیل مقاومت کم آن در شرایط آب و هوایی مرطوب و برابر بارهای وارده و رفته رفته جای خود را به دیگر تراورسها داد. از طرفی تراورسهای ترکیبی از جدیدترین تراورسهای موجود در این صنعت است که با حذف مشکلات دیگر تراورسها و دارابودن ویژگی تراورس چوبی قدم بزرگی در تکامل صنعت تراورس برداشته است.
در این مقاله ارزیابی کلی بین تراورسها از نظر طول عمر، هزینه ساخت اولیه و نگهداری، مقاومت در برابر بارهای وارده و تمام ویژگیهای آنها در شرایط مختلف هوایی صورت گرفته و نتایج حاصله ارائه گردیده.
کلمات کلیدی: انواع تراورس، تراورس چوبی، تراورس ترکیبی، مقایسه عملکردی تراورسها، ویژگی تراورسها
1
مقدمه
تراورس1 یک کلمه فرانسوی است که در زبان انگلیسی برای آن واژه اسلیپر2 را به کار میبرند. تراورس قدیمیترین و با اهمیت ترین قطعات راهآهن است که باتوجه به مکانی که آن را مورد استفاده قرار میدهند، جنس مواد تشکیل دهنده آنها متفاوت است. این تراورسها از انواع مختلف چوبی، بتنی، فلزی و ... ساخته میشوند که با طبقه بندی مناسب، تراورس هایی را به بازار عرضه کنند که علاوه بر وظایف مربوط به خود، دارای کیفیت خوب و طول عمر بیشتری باشند.
نقش تراورس
تراورس در یک مسیر خط آهن چهار وظیفه را بر عهده دارد:
الف) فاصلهء بین ریلها را ثابت نگه میدارد (مقدار نیروی مهاری هر تراورس در هر ریل 500 تا 1200 پوند است).
ب) نیروهای افقی و عمودی را که از قطار تولید میشود به بالاست منتقل میکند که قاعدتا این فشار نبایداز یک مقدار معینی بیشتر باشد.
ج) تنظیم شیب ریل به داخل .(1/20)
د) جذب ارتعاشهای حاصل از حرکت چرخ روی ریل.
ه) تأثیر در میزان مدل خط (میزان خمش 1 اینچ از طول خط در برابر بار وارده) در صورتی که در خط از صفحه زیر ریل استفاده شود، علاوه بر این ویژگیهای عمومی، تراورسها باید دارای دو ویژگی دیگر
نیز باشند.
-1 ضخامت تراورس باید طوری باشد که ضمن آنکه حالت ارتجاعیاش را از دست نمیدهد، پایداری لازم را داشته باشد.
-2 سطح قاعده تراورس باید نسبت به حالتی که از صفحه زیر ریل استفاده میکنیم، بیشتر باشد تا فشار وارده بر واحد سطح بالاست از حد مجاز تجاوز نکند. میزان سطح قاعده تراورس به طول و عرض تراورس بستگی دارد.
ویژگی های کلی تراورس
تراورسها برای نگهداری و حفظ پایداری خط باید دارای ویژگیهای خاصی باشند. مهمترین این ویژگیها به قرار زیر است:
-1 تراورس ها باید دارای طول کافی بوده تا بتوانند در پایداری خطها مؤثر باشند. -2 مانع جابهجایی طولی و عرضی خط شوند.
-3 در برابر محیط مقاومت کافی داشته باشند.
-4 مانعی برای کوبیدن بالاست نباشد.
در جدول-1 هزینه اجرایی اجزای اصلی راهآهن در واحد طول آورده شده است.((1
انواع تراورس
تراورسهای رایج در راهآهن اکثر کشورهای جهان از سه مدل تراورسهای چوبی، تراورسهای بتنی و تراورسهای فولادی تشکیل شده است. تراورسهای چوبی اولین مدل از تراورس بودند که در قرن نوزدهم در زیر ریلهای قطار به کار گرفته شدند. به علت مشکلاتی که چوب از لحاظ دوام و عمر داشت، از اواخر قرن نوزدهم تراورسها به تدریج از جنس فولاد تهییه گردیدند.
غیر اقتصادی بودن تراورسهای فولادی و مشکلاتی که از نظر سر و صدا و خاصیت خوردگی داشت،سبب شد که با پیشرفت علم فناوری بتن از اواسط قرن بیستم تراورسهایی از جنس بتن مسلح روی کار آمدند. در حال حاضر سه میلیارد عدد تراورس موجود در دنیا حدود نیم میلیارد آن به صورت تراورس بتنی است. تراورسهایی از جنس پلاستیک یا حتی الیاف نیز از جمله تراورسهای جدیدی هستند که امروزه به منظور تأمین عمر و مقاومت بیشتر و نیز در جهت اقتصادی کردن طرح و همچنین کاهش هزینههای نگهداری و تعمیر، در بعضی از کشورها مورد استفاده قرار گرفتهاند. برای انتخاب تراورسهای مناسب در هر راهآهن عوامل مختلفی در نظر گرفته میشود و با توجه به کل این عوامل مناسبترین تراورس انتخاب میشود که از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
الف) هزینهء ساخت تراورس (شامل هزینه خرید تراورس، خرید وسائل جانبی، نصب تراورس و ....) ب) هزینه نگهداری و تعمیر تراورس ج) عمر مفید تراورس با توجه به بارها و نیز شرایط جوی منطقه
د) مقاومت تراورس و میزان جذب انرژی توسط آن (این مشخصه در ضخامت بالاست تأثیر میگذارد.) ه) محیط زیست ( مشکلات آلودگیهای محیطی تراورسهای چوبی و تخریب درختان برای تهیهء آن، سر و صدای تراورس فلزی و
...)
تراورس چوبی
تاریخچه استفاده از تراورس های چوبی در خط راهآهن به قرن نوزدهم میرسد. در اواسط این قرن شخصی به نام روتگرس لا احداث کارخانه اشباع تراورس چوبی، اولین تراورسهای چوبی اشباع شده را تولید کرد. اشباع تراورس در این کارخانه با مایعی به نام کرئوزوت که از قطران ذغال سنگ به دست میآید، انجام میشد. بعد ها با مطالعاتی که روی اشباع تراورسهای چوبی به عمل آمد روشهای مختلفی برای عمل اشباع این تراورسها به وجود آمده، تکمیل شدند. مشکلات زیست محیطی تراورسهای چوبی از جمله قطع بی رویه درختان جنگلی و نیز سمی بودن مواد اشباع کننده آنها و همچنین دارا بودن عمر مفید نسبتا کم سبب شد که امروزه این تراورسها کمکم منسوخ شوند و تراورسهای دیگری جای آنها را بگیرند. تنها تعدادی از کشورهای جهان سوم هستند که از تراورسهای چوبی به طور عمده در خطهای راهآهن خود استفاده میکنند که نبود فناوری لازم برای تولید تراورس های دیگر، پایین بودن کیفیت بالاست مصرفی در خطها (در زیر تراورسهای چوبی نسبت به دیگر تراورس ها، بالاست با کیفیت پایین تری میتواند قرار گیرد.) از جمله دلایل استفاده از آنها است.
وزن نسبتا کم این ماده، حمل و نقل آسان، ایجاد صدای کمتر، منابع گسترده و عایق بودن از مهمترین برتریهای این نوع تراورس بر انواع دیگر آن است.[1] تراورس ها بر اساس چوب مصرفی به دو دسته تقسیم میشوند:
-1 تراورس چوبی نرم: این تراورس از درختان جنگلی نرم مانند کاج، صنوبر و نارون تهییه میشوند. عمر این تراورسها 12 تا 15 سال است و قبل از مصرف در محل، بر روی آنها کارهایی انجام میشوند.
-2 تراورسهای چوبی سخت: این تراورسها از درختان جنگلی سخت مانند راش، ساج و بلوط تهییه میشوند. عمر این تراورسها 19 تا 31 سال است و مستقیما در محل مصرف میشوند.
چوبی که برای تراورس انتخاب میشود باید دارای شرایط زیر باشد: الف) دسترسی نسبتا آسان به چوب مصرفی ب) قابلیت تحمل نیروهای وارده از طرف ریل
ج) مقاومت در مقابل شرایط جوی، تناوب رطوبت- خشکی-پوسیدگی د) مقرون به صرفه بودن از لحاظ هزینهها تهیه، ساخت و نصب
در ایران اولین بار در زمان حکومت ناصرالدین شاه تراورسهای چوبی به صورت غیر اشباع و توسط بلژیکیها در خط آهن تهران-ری به کار برده شد و اولین کارخانه تراورس چوبی نیز در سال 1314 در راهآهن شمال و برای اشباع تراورس تهیه شده از جنگل-های گیلان تأسیس شد.
در راهآهن جمهوری اسلامی ایران هر سال حدودا 300000 اصله تراورس از جنگلداری استانهای گیلان و مازندران خریداری می-شود.
خاصیتها و ویژگیهای چوب
خاصیت و ویژگیهای تراورس چوبی رابطهء مستقیم با ویژگیهای چوب دارد که از آن ساخته میشود. به همین منظور بررسی خاصیتهای فیزیکی چوب جهت تهیه تراورس، لازم به نظر میرسد.
-1 وزن مخصوص نسبی چوب: وزن مخصوص چوب خود متأثر از عواملی مانند میزان چوب بهاره و پاییزه، شرایط رویش مانند آن میباشد. وزن مخصوص مخصوص نسبی چوب با مقاومت چوب رابطه مستقیم دارد.
-2 ظرفیت ویژهء تحمل بار چوب: ظرفیت ویژهء تحمل بار قطعهای که تحت بار محوری است برابر با نسبت تنش نهایی به وزن مخصوص نسبی آن است (به شرطی که کمانش در اثر فشار به وجود نیاید). نیبت ظرفیت تحمل ویژه چوب از رابطه زیر تعیید میشود:
(1) Pu u/D
در این رابطه
:Pu ظرفیت ویژه تحمل بار : u تنش نهایی
:D وزن مخصوص نسبی
ظرفیت ویژه تحمل بار با تغییر شکل الاستیک در حالت خمشی برابر است با نسبت مدول الاستیسیته به مکعب وزن مخصوص نسبی. ظرفیت ویژه تحمل بار چوب از وزن مخصوص نسبی آن بیشتر است.
(2) Pu=E/D3
در این رابطه:
: E مدول الاستیسیته چوب[3]
-3 عایق صدا: در صورتی که ضخامت تراورس مناسب و شرایط مطلوب باشد، تراورس چوبی روی بالاست قرار میگیرد صدای کمتری ایجاد میکند که میزان آن علاوه بر شرایط فوق نسبت مستقیم با جنس چوب نیز دارد.
-4 عایق جریان الکتریسیته: در راهآهن برقی، جریان برق نباید در تماس مستقیم با خاک باشد، بنابراین نیاز به عایقی بین خاک و ریل است تا مانع هدایت برق شود. چوب به دلیل نارسا بودن در مقابل جریان الکتریسیته در نقش تراورس برای این کار بسیار مناسب است. مقاومت چوب کاملا خشک در برابر عبور جریان برق زیاد میباشد که با افزایش رطوبت از مقاومت آن کاسته میشود. مقاومت الکتریکی چوب در جهت شعاعی و مماسی، دو برابر مقاومت آن در جهت موازی با الیاف است.
خاصیتهای حرارتی چوب: چوب مانند سایر مواد در برابر حرارت افزایش حجم پیدا نمیکند بلکه با از دست دادن رطوبت کاهش حجم مییابد. انبساط ایجاد شده در اثر حرارت در برابر انقباض ناشی از کاهش رطوبت قابل صرف نظر کردن است. با دقت به این نکته که چوب مادهای ناهمگن است، انبساط حرارتی آن در جهات سهگانه غیر یکسان است، به طوری که ضریب انبساط حرارتی چوب در جهت مماسی و شعاعی به ترتیب 9 و 6 برابر جهت طولی آن است. چوب تقریبا عاثق خوبی برای هدایت حرارت است. ضریب هدایت حرارتی چوب در جهات سهگانه مختلف است و مقدار آن در جهت طولی دو برابر جهت عرضی آن است. لازم به ذکر است که ضریب هدایت حرارتی با افزایش جرم مخصوص و رطوبت افزایش مییابد.[2] -6 خاصیتهای مکانیکی چوب: تنش خمشی مه در یک تراورس چوبی در اثر فشار ریلهای چوبی روی آن ایجاد میشود برابر با نسبت حداکثر لنگر خمشی در زیر ریل به مدول مقطع آن است، بنابراین:
(3) 0/:
:Ơ تنش خمشی
: M لنگر خمشی ماکزیمم
: W مدول مقطع تراورس
مقاومت چوب در حالت فشار و در جهت عمود بر الیاف کم است و به سرعت به حد پلاستیک خود میرسد. این مقاومت بستگی به عواملی مانند ابعاد و وزن تراورس، نوع بالاست و مانند آن دارد. طبق آمار به طور متوسط مقاومت تراورس چوبی در جهت عمود بر الیاف 9 Kg/cm2 است. مقاومت چوب در حالت فشار، در جهت الیاف حدود 11 Kg/cm2 است.
مقاومت چوب در حالت فشار و به صورت مورب بر الیاف، متویط دو حالت هم جهت الیاف و عمود بر جهت الیاف است. [3] -7 مقاومت در برابر ضربه: در نتیجهء حرکت قطار روی ریل راهآهن و ارتعاش و ضربهای در آن به وجود میآید که این ارتعاشات
توسط تراورس از ریل به بالاست منتقل میشود و له همین دلیل بررسی رفتار تراورس در برابر ضربه اهمیت زیادی دارد. در صورتی که تنشهای ناشی از برخورد، کم باشد میتوان یم عکسالعمل ارتجاعی از جسم انتظار داشت ولی در صورت زیاد بودن تنشهای ناشی از برخورد، تغییر شکلها غیر ارتجاعی خواهند بود. پاندولی، دستگاهی است که توسط آن مقاومت ضربهای چوب را
اندازهگیری میکنند.
(4) U=K/d2
